Signatures in the local interstellar medium of electromagnetic radiation produced by neutron star gravitational waves

في أعماق الصمت القابع بين النجوم، بعيداً خلف الفقاعة الواقية لشمسنا، تستمر مركبتان فضائيتان في الاستماع إلى همهمة خافتة ومستمرة منذ عقود. هاتان هما مسبارتا "فوييجر"، أول الأجسام من صنع الإنسان التي تدخل الوسط النجمي الحقيقي، ذلك المحيط الشاسع من الغاز والغبار الذي يملأ الفضاء بين النجوم. ومنذ منتصف الثمانينيات، واستمراراً لما بعد عبورهما للحدود المعروفة باسم "الغلاف الشمسي"، رصدت أجهزتهما تذبذبات بلازما — وهي تموجات في الغاز المشحون كهربائياً في الفضاء — تهتز بتردد يبلغ حوالي 3,000 دورة في الثانية. وعلى مدار أربعين عاماً، حاول العلماء تحديد مصدر هذا الضجيج الكوني. وبينما اقترحت بعض النظريات أن هذه التموجات ناتجة عن عواصف شمسية تضرب حافة نظامنا الشمسي، نمت الشكوك حول قدرة شمسنا على أن تكون مسؤولة عن إشارات تستمر لفترة طويلة بعد تلاشي النشاط الشمسي. ويبقى السؤال قائماً: ما الذي يولد هذه الموجات المستقرة ومنخفضة التردد في الظلام الدامس؟

تقترح دراسة جديدة إجابة جذرية، تشير إلى أن المصدر لا يكمن في نظامنا الشمسي، بل في الحياة العنيفة للنجوم الميتة. يستكشف الباحثون، بريستون جونز، وبراغاتي برادهان، ودوجلاس سينغلتون، آلية نظرية حيث يمكن للموجات الثقالية المنبعثة من النجوم النيوترونية أن تولد الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تسمعه "فوييجر". النجوم النيوترونية هي النوى الكثيفة والمنهارة للنجوم الضخمة التي انفجرت. وبعض هذه النجوم تدور مئات المرات في كل ثانية، وبينما تدور، يمكنها إرسال تموجات في نسيج الزمان والمكان تُعرف بالموجات الثقالية. وتشير الورقة البحثية إلى أنه بينما تنتقل هذه الموجات الثقالية عبر الفضاء، يمكنها التفاعل مع الفراغ نفسه لإنتاج إشعاع كهرومغناطيسي، وهي عملية يسميها المؤلفون "الإنتاج المشترك".

يعتمد منطق هذا الارتباط على سلسلة محددة من الأحداث المتعلقة بالتردد. فالنجوم النيوترونية الأكثر سرعة في الدوران يمكن أن تدور بمعدل 700 مرة تقريباً في الثانية. وإذا أطلق مثل هذا النجم موجات ثقالية، تتوقع النظرية أن تلك الموجات ستتذبذب بضعف معدل الدوران، أو حوالي 1,400 مرة في الثانية. ثم تقترح نظرية الإنتاج المشترك أن هذه الموجات الثقالية ستولد بدورها موجات كهرومغناطيسية بتردد ضعف ترددها الخاص. وينتج عن ذلك إشارة نهائية تهتز عند حوالي 3,000 مرة في الثانية، وهو ما يطابق تماماً تردد تذبذبات البلازما التي رصدتها "فوييجر". ويقدم هذا التوافق الرياضي تفسيراً مقنعاً لسبب كون الإشارات عند هذه النغمة المحددة، وهو تفصيل عجزت النظريات السابقة القائمة على الشمس عن تفسيره.

ومع ذلك، يحرص المؤلفون على ملاحظة أن هذا مجرد اقتراح مبني على حسابات نظرية، وليس اكتشافاً مؤكداً. فقد حسبوا أنه لكي ينتج نجم نيوتروني إشارة قوية بما يكفي لتسمعها "فوييجا"، يجب أن يكون قريباً نسبياً، ضمن حد نظري يبلغ حوالي 150 فرسخاً فلكياً (حوالي 490 سنة ضوئية)، وأن يكون شديد الطاقة. وتحدد الورقة بقايا المستعرات العظمية المعروفة باسم "كاسيوبيا أ" و"فيلا جونيور" كمرشحين محتملين لإنتاج مثل هذه الموجات الثقالية عالية الطاقة، رغم أنها تشير إلى أن "نابض فيلا" نفسه يبعد حوالي ضعف هذا المسافة التقديرية المحددة عن الأرض، مما يجعله مصدراً أقل احتمالاً لملاحظات "فوييجر" المحددة. كما نظر الباحثون في كيفية استمرار هذه الإشارات لسنوات؛ حيث اقترحوا أنه بينما قد تكون دفعة الطاقة الأولية من حدث نجم نيوتروني قصيرة، فإن التموجات الناتجة في البلازما بين النجمية يمكن أن تستمر بفضل الخصائص الفريدة للفضاء بين النجوم، تماماً مثل جرس يستمر في الرنين لفترة طويلة بعد قرعه.

كما تنظر الدراسة في السياق الأوسع لما رصدته "فوييجر". فقد اكتشفت المركبة الفضائية أشعة كونية، وهي جسيمات عالية الطاقة، تصل بمعدل يطابق تقريباً تردد "الخلل" أو التسارع المفاجئ في دوران النجوم النيوترونية المعروفة. وهذا الارتباط يضيف وزناً لفكرة أن النجوم النيوترونية هي المصدر للنشاط الذي تشهده "فوييجر". وإذا كانت تذبذبات البلازما هي بالفعل نتيجة للموجات الثقالية التي تتحول إلى موجات راديوية، فهذا يعني أن مسبارات "فوييجر" تعمل فعلياً كأجهزة كشف لنوع من الموجات الثقالية التي لا تستطيع المراصد الأرضية الحالية رؤيتها؛ إذ إن الكواشف الموجودة مضبوطة على ترددات أقل بكثير وسوف تفوت هذه الإشارات السريعة وعالية النبرة.

ويؤكد المؤلفون أن أقوى دليل على هذه النظرية سيكون الكشف المتزامن عن إشارة موجة ثقالية عند 1,500 دورة في الثانية وتذبذب البلازما عند 3,000 دورة في الثانية. وقد فحصوا البيانات من صيف عام 2017، عندما سجلت "فوييجر" حدثاً للأشعة الكونية وتذبذباً في البلازما، ولاحظوا أنه لم يتم الإبلاغ عن أي إشارة موجة ثقالية في ذلك الوقت. ومع ذلك، توضح الورقة أن غياب الكشف هذا يتوافق مع كون المصدر خارج حدود الحساسية عالية التردد الحالية للكواشف، وليس نتيجة سلبية نهائية لبحث محدد في تلك النافذة الزمنية. وتخلص الورقة إلى أنه على الرغم من أن الأدلة ليست حاسمة بعد، إلا أن نظرية الإنتاج المشترك توفر تفسيراً معقولاً ومتسقاً فيزيائياً لغموض ظل قائماً لعقود. إنها تشير إلى أن الهمهمة التي تسمعها "فوييجر" هي صدى دوران نجم يحتضر، تحول بفعل قوانين الفيزياء إلى صوت يمكنه السفر عبر المجرة.